Mellor, N. Jade, Timothy H. Webster, Hazel Byrne, Avery S. Williams, Taylor Edwards, Dale F. DeNardo, Melissa A. Wilson, Kenro Kusumi & Greer A. Dolby (2025): Divergence in Regulatory Regions and Gene Duplications May Underlie Chronobiological Adaptation in Desert Tortoises. – Molecular Ecology 34(2): e17600.
Unterschiede in regulatorischen Regionen und Genduplikationen könnten der chronobiologischen Anpassung bei Wüstenschildkröten zugrunde liegen.
DOI: 10.1111/mec.17600 (externer Link)
Gopherus agassizii,
© H. Bradley Shaffer
Viele zelluläre Prozesse und Verhaltensweisen von Organismen sind zeitabhängig, und die Asynchronität dieser Phänomene kann die Artbildung durch Verstärkungsmechanismen erleichtern. Die Mojave- und Sonora-Wüstenschildkröten (Gopherus agassizii bzw. G. morafkai) leben in benachbarten Wüsten mit unterschiedlichen saisonalen Niederschlagsmustern und zeigen ein asynchrones Winterschlaf- und Fortpflanzungsverhalten. Wir haben die Sequenzierung des gesamten Genoms von 21 Individuen der beiden Schildkrötenarten und einer Außengruppe verwendet, um die Gene zu verstehen, die diesen Merkmalen möglicherweise zugrunde liegen. Gene innerhalb der am stärksten divergierenden 1 % des Genoms (FST ≥ 0,63) mit mutmaßlich funktioneller Variation zeigten eine große Divergenz in regulatorischen Elementen, insbesondere in Promotorregionen. Diese Gene stehen im Zusammenhang mit der UV-Nukleotid-Exzisionsreparatur, den mitonuklearen Funktionen und der Homöostase. Gene, die chronobiologische (Zellzyklus, zirkadiane und zirkannuelle) Prozesse vermitteln, gehörten ebenfalls zu den am stärksten divergierenden Regionen (z. B. XPA und ZFHX3). Putative Promotorvarianten hatten eine signifikante Anreicherung von Genen, die mit Regulationsmechanismen befasst sind (ARC-Mediatorkomlexe) was andeutet, dass Transkriptionskaskaden, die durch regulatorische Divergenz angetrieben werden, den Verhaltensunterschieden zwischen diesen Arten zugrunde liegen könnten, was zu einer auf Asynchronie basierenden präzygotischen Isolation führt. Weitere Untersuchungen ergaben eine Vervielfachung von Genen die die Sekretbildung (Schleim) in den Atemwegen und im Verdauungstrakt (MUC5B und MUC5AC) bei Gopherus, insbesondere bei G. morafkai steuern. Diese Vervielfachung könnte eine Anpassung an die Trockenheit sein, um Wasser zu speichern, und/oder zu den unterschiedlichen Infektionsraten mit Mycoplasma agassizii zwischen den beiden Arten beitragen, da Mucine dazu beitragen, eingeatmeten Staub und Bakterien zu entfernen. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse die vielfältigen genetischen Veränderungen, die der Divergenz, Anpassung und Verstärkung während der Artbildung zugrunde liegen.
Kommentar von H.-J. Bidmon
Diese Arbeit verweist einmal mehr auf lokale Umweltanpassungen die sich auch auf die Artenbildung (Speziation) auswirken (Inman et al., 2019). Allerdings muss man sich trotzdem überlegen, ab wann man von einer neuen Art sprechen kann, denn solche umweltgesteuerten Anpassungen können auch innerhalb ein und derselben Art auftreten und einzelne Populationen innerhalb eines größeren Verbreitungsgebiets charakterisieren. Außerdem verweist diese Studie auf Gene, die besonders für das Überleben in trockneren Lebensräumen wichtig sind und diese sind sehr wahrscheinlich jene, die eine Anpassungsleistung in Bezug auf zunehmende Dürren einhergehend mit dem Klimawandel steuern würden. Siehe auch Lovich et al. (2023).
Literatur
Inman, R., A. S. Fotheringham, J. Franklin, T. Esque, T. Edwards & K. Nussear (2019): Local niche differences predict genotype associations in sister taxa of desert tortoise. – Diversity and Distributions 25(8): 1194-1209 oder im Abstract-Archiv.
Lovich, J. E., M. S. R. Puffer, K. L. Cummings, T. R. Arundel, M. S. Vamstad & K. D. Brundige (2023): High female desert tortoise mortality in the western Sonoran Desert during California’s epic 2012–2016 drought. – Endangered Species Research 50: 1-16 oder im Abstract-Archiv.
Galerien
Gopherus agassizii – Kalifornische Gopherschildkröte